Zinklegierungen für den Zinkguss oder Zinkdruckguss und Verfahren zu deren Herstellung

Beschreibung

[0001] Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Zinklegierungen für den Zinkguss oder Zinkdruckguss enthaltend außer Zink und den darin enthaltenden unvermeidlichen Verunreinigungen 0,1 bis 6 Gew.-% Aluminium, 0,01 bis 1,5 Gew.-% Kupfer, 0,001 bis 0,06 Gew.-% Magnesium und 0,001 bis 0,2 Gew.-%, vorzugsweise 0,002 bis 0,06 Gew.-% Silizium.

[0002] Einige dieser Zinklegierungen sind handelsübliche Feinzinklegierungen, die unter der Marke ZAMAK® hergestellt und vertrieben werden. Insbesondere handelt es sich um die Legierungen ZL 0410 (ZL5), ZL 0400 (ZL3), ZL 0210 (nicht genormt) sowie um die Legierung ZL 0010 (ZL16). Die Normen der Legierungen ZL5, ZL3 und ZL16 entsprechen der DIN EN1774. Die Zusammensetzung ist in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt:

	ZL 0410	ZL 0400	ZL 0210	ZL 0010
	(ZL5)	(ZL3)	(nicht genormt)	(ZL16)
Al	3,8 - 4,2	3,8 - 4,2	1,8 - 2,2	0,01 - 0,04
Cu	0,7 - 1,1	0,03 max.	0,7 - 1,1	1,0 - 1,5
Mg	0,035 - 0,06	0,035 - 0,06	0,035 - 0,06	0 - 0,02
Ti	-	-	-	0,15 - 0,25
Cr	-	-	-	0,1 - 0,2
B	-	-	-	-
Fe (max.)	0,020	0,020	0,020	0,04
Pb (max.)	0,003	0,003	0,003	0,005
Cd (max.)	0,003	0,003	0,003	0,004
Sn (max.)	0,001	0,001	0,001	0,003
Ni (max.)	0,001	0,001	0,001	-
Si (max.)	0,02	0,02	0,02	0,04

[0003] Insbesondere für den Zinkdruckguss ist eine Kornfeinung von erheblicher Bedeutung.

[0004] Aus der Aluminiumindustrie ist bekannt, dass man als Kornfeiner Titan und Bor verwenden kann. In der Aluminiumindustrie wird das Titan und/oder Bor vorzugsweise in Form einer Vorlegierung mit Aluminium zugesetzt. Diese Vorlegierungen sind unter der Bezeichnung AlTi5B1, AlTi3B1 und/oder AlTi5B0,5 bekannt.

[0005] Der bisherige Stand der Technik ging weiterhin davon aus, dass Zinklegierungen nur durch höheren Aluminiumgehalt und höherem Kupfergehalt verbessert werden können, vergl. WO 93/13230A1, JP 1142046A und JP 1165740A.

[0006] Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, das Verhalten von Feinzinklegierungen beim Zinkguss und insbesondere beim Zinkdruckguss zu verbessern.

[0007] Es wurde jetzt überraschenderweise gefunden, dass auch Feinzinklegierungen mit nur 0,01 bis 6 Gew.-%, vorzugsweise 0,01 bis 4,2 Gew.-% Aluminium durch geringen Mengen von Titan und Bor sowie ggf. Chrom in erheblichem Maße verbessert werden können. Bereits eine Zugabe von einem Kilogramm der Aluminium-Titan-Bor-Vorlegierungen auf eine Tonne Feinzinklegierung führt zu einer Steigerung des Fließverhaltens um 10 bis 20% und eine Erhöhung der Zugfestigkeit der fertigen Produkte um über 10%. Diese verbesserten Eigenschaften ermöglichen Materialeinsparungen, da die Druckgussbauteile dünnwandiger ausgelegt werden können. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Druckgießereien keine Materialtrennung vornehmen müssen, da eine Vermischung von gefeinten und ungefeinten Legierungen unkritisch ist. Dies ist ein für die Praxis besonders wichtiger Vorteil.

[0008] Der nur geringe Anteil an Titan, Bor und Aluminium in diesen Aluminium-Titan-Bor-Vorlegierungen gestattet es, die vorgeschriebenen Grenzwerte der Normen einzuhalten, so dass auch diesbezüglich keine Schwierigkeiten entstehen oder zu erwarten sind.

[0009] Durch die erfindungsgemäße Kornfeinung werden insbesondere für Druckgussbauteile folgende Verbesserungen erzielt: die Duktilität, die Zeitstandfestigkeit, die Dichtigkeit, das Formfüllverhalten beim Druckgussprozess sowie die Oberflächenqualität. Schließlich wird eine deutliche Verringerung von Ausschussbauteilen erreicht.

[0010] Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Legierung besteht darin, dass auch so geringe Mengen wie 0,001 bis 0,2 Gew.-%, vorzugsweise 0,002 bis 0,06 Gew.-%, Silizium die Eigenschaften verbessern. Es ist daher möglich, Aluminium in einer Reinheitsstufe von 99,7 (0,2 Gew.-% Silizium) zu verwenden. Eine Legierung mit 4 Gew-% von derartigem Aluminium führt automatisch zu einem Gehalt von ca. 80 ppm Silizium in der Endlegierung.

[0011] Schließlich besteht ein nicht vorhersehbarer Vorteil darin, dass die erfindungsgemäßen Legierungen sehr wirtschaftlich im Warmkammer-Druckgussverfahren verwendet werden können, während bei höheren Aluminiumgehalten von 8 bis 27 Gew.-% mit dem langsameren Kaltkammer-Druckgussverfahren gearbeitet werden muss.

[0012] Die Herstellung der neuen Legierungen ist in dem folgenden Beispiel näher erläutert.

Beispiel:

[0013] Die Druckgusslegierungen ZAMAK® ZL 0410, ZL 0400, ZL 0430, ZL 0210 sowie die Legierung ZL 0010 wurden mit der Vorlegierung AlTi5B1 legiert. Hierzu wurde 1kg AlTi5B1 pro Tonne Zinklegierung zulegiert. Der Bor-Gehalt lag bei etwa 10 ppm und der Titan-Gehalt bei etwa 50 ppm. Zusätzlich wurden 200 ppm Silizium zugegeben. Es wurden Masseln abgegossen. Diese Masseln wurden wieder aufgeschmolzen, und es wurde das Fließverhalten mit einer speziellen Kokille ermittelt. Vermessen wurde die Ausflusslänge. Danach erhöht sich das Fließvermögen um 10 bis 20%. Anschließend wurden die neuen Legierungen auf einer Druckgussmaschine zu Bauteilen verarbeitet. Diesen Bauteilen wurden Zugproben entnommen. Es zeigte sich, dass die Zugfestigkeit der neuen Legierungen um mehr als 10% höher lag als bei Vergleichsproben ohne den Legierungszusatz.

Ansprüche

1. Verwendung von Zinklegierungen für den Warmkamrnerdruckguss enthaltend außer Zink und den darin enthaltenen unvermeidlichen Verunreinigungen

0,01 bis 6 Gew.-% Aluminium

0,01 bis 1,5 Gew.-% Kupfer

0,001 bis 0,06 Gew.-% Magnesium

0,001 bis 0,2 Gew.-% Silizium,

0,002 bis 0,05 Gew.-% Titan

0,0002 bis 0,005 Gew.-% Bor und

bis zu 0.2 Gew.-% Chrom,

2. Verwendung von Zinklegierungen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie

0,004 bis 0,007 Gew.-% Titan

0,0005 bis 0,002 Gew.-% Bor

enthalten.

3. Verwendung von Zinklegierungen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie

0,01 bis 4,2 Gew.-% Aluminium und

0,01 bis 1,2 Gew.-% Kupfer

enthalten.

4. Verwendung von Zinklegierungen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, in Form von Masseln, Tafeln, Bändern oder Drähten.

5. Verwendung von Zinklegierungen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Herstellung von Gussbauteilen oder Druckgussbauteilen, im Warmkammerdruckguß.

6. Verfahren zur Herstellung von Warmkammerdruckgußteilen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass handelsübliche Feinzinklegierungen enthaltend

0,1 bis 4,2 Gew.-% Aluminium

0,03 bis 1,5 Gew.-% Kupfer

0,001 bis 0,06 Gew.-% Magnesium

0,002 bis 0,04 Gew.-% Silizium

im aufgeschmolzenen Zustand mit einer Aluminium-Titan-Bor-Vorlegierung sowie erforderlichenfalls mit einer Silizium- und/oder Chromlegierung versetzt und dann zu Masseln, Tafeln, Bändern oder Drähten verarbeitet und die so erhaltenen Teile im Warmkammerdruckguß verwendet werden.

7. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Aluminium-Titan-Bor-Vorlegierung AlTi5B1 und/oder AlTi3B1 und/oder AlTi5B0,5 verwendet werden.

Claims

1. Use for hot chamber die casting of zinc alloys containing, in addition to zinc and the unavoidable impurities contained therein:

from 0.01 to 6% by weight of aluminum;

from 0.01 to 1.5% by weight of copper;

from 0.001 to 0.06% by weight of magnesium;

from 0.001 to 0.2% by weight of silicon;

from 0.002 to 0.05% by weight of titanium;

from 0.0002 to 0.005% by weight of boron; and

up to 0.2% by weight of chromium.

2. The use of zinc alloys according to claim 1, characterized by containing:

from 0.004 to 0.007% by weight of titanium;

from 0.0005 to 0.002% by weight of boron.

3. The use of zinc alloys according to any of claims 1 to 2, characterized by containing:

from 0.01 to 4.2% by weight of aluminum; and

from 0.01 to 1.2% by weight of copper.

4. The use of zinc alloys according to any of claims 1 to 3 in the form of pigs (sows), plates (sheets), ribbons or wires.

5. The use of zinc alloys according to any of claims 1 to 4 for preparing casting components or pressure die casting components in hot chamber die casting.

6. A process for the preparation of hot chamber die casting parts according to any of claims 1 to 5, characterized in that commercially available high-purity zinc alloys containing:

from 0.1 to 4.2% by weight of aluminum;

from 0.03 to 1.5% by weight of copper;

from 0.001 to 0.06% by weight of magnesium;

from 0.002 to 0.04% by weight of silicon;

in a molten state are admixed with an aluminum-titanium-boron master alloy and, if required, with a silicon and/or chromium alloy and then processed into pigs (sows), plates (sheets), ribbons or wires, and the thus obtained parts are used in hot chamber die casting.

7. The process according to claim 6, characterized in that AlTi5B1 and/or AlTi3B1 and/or AlTi5B0.5 are used as said aluminum-titanium-boron master alloy.

Revendications

1. Utilisation d'alliages de zinc pour le coulage sous pression à chambre chaude, lesquels alliages de zinc contiennent en plus du zinc et des impuretés inévitables
0,01 à 6% en poids d'aluminium
0,01 à 1,5% en poids de cuivre
0,001 à 0,06% en poids de magnésium
0,001 à 0,2% en poids de silicium
0,002 à 0,05% en poids de titane
0,0002 à 0,005% en poids de bore et
jusqu'à 0,2% en poids de chrome.

2. Utilisation d'alliages de zinc selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'ils contiennent
0,004 à 0,007% en poids de titane
0,0005 à 0,002% en poids de bore.

3. Utilisation d'alliages de zinc selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'ils contiennent
0,01 à 4,2% en poids d'aluminium et
0,01 à 1,2% en poids de cuivre.

4. Utilisation d'alliages de zinc selon l'une des revendications 1 à 3, sous la forme de lingots, de plaques, de bandes ou de fils.

5. Utilisation d'alliages de zinc selon l'une des revendications 1 à 4, pour la fabrication de composants de coulée ou de composants de coulée sous pression, dans la coulée sous pression à chambre chaude.

6. Procédé de fabrication de pièces de coulée sous pression à chambre chaude selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que des alliages de zinc affiné du commerce contenant
0,1 à 4,2% en poids d'aluminium
0,03 à 1,5% en poids de cuivre
0,001 à 0,06% en poids de magnésium
0,002 à 0,04% en poids de silicium
sont mélangés à l'état fondu avec un préalliage d'aluminium-titane-bore ainsi que, si nécessaire, avec un alliage de silicium et/ou chrome puis sont traités pour donner des lingots, des plaques, des bandes ou des fils et les pièces ainsi obtenues sont utilisées dans la coulée sous pression à chambre chaude.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on utilise comme préalliage d'aluminium-titane-bore du AlTi5B1 et/ou du AlTi3B1 et/ou du AlTi5B0, 5.